利用LNG冷能粉碎废旧橡胶工艺

崔国彪 刘 阳 安海燕 陈建新

1.西南石油大学研究生院，四川 成都 610500；

2.中国石油管道公司长庆输油气分公司，宁夏 银川 750000；

3.西气东输管道销售公司，陕西 榆林 718500

0 前言

LNG是将常压下气态的天然气冷却至-162℃凝结成的液体。LNG通过船舶、车辆运送至目的地，经汽化后变为气态天然气供民用或工业使用。

由于LNG的储存温度为-162℃，在汽化过程中会释放出大量的冷量，如果将这部分冷量加以回收利用，能起到节省能耗的作用[1]。目前，国内一些LNG接收站开始回收LNG冷能，用来淡化海水、发电等，但大部分LNG汽化站在LNG汽化过程中释放的冷能却被浪费掉。在国外，将LNG汽化站汽化过程中释放的冷能用于粉碎废旧橡胶已经非常普遍。

中国是世界上最大的橡胶消费国，也是最大废旧橡胶生产国之一，每年报废的废旧橡胶达 400×104t[2]，粉碎废旧橡胶的工作量非常庞大。按照常规低温深冷粉碎法，粉碎如此庞大数量的橡胶将会消耗巨大的能量[3]，所以利用LNG冷能来对废旧橡胶进行粉碎在节能降耗方面具有重要意义。山东威海市内有大批橡胶企业，每年需要处理大量的废旧橡胶（如轮胎），本文以威海LNG汽化站为例，详细阐述了LNG冷能用于废旧橡胶粉碎的工艺[4-5]。

1 LNG冷能粉碎废旧橡胶工艺流程

威海LNG汽化站一期工程供气4.0×104m3/d，属于卫星站。由于LNG卫星站汽化量较小，昼夜波动大，不适合利用LNG冷能制取液氮，所以把空气作为中间媒介。利用LNG冷能粉碎废旧橡胶的工艺流程见图1。

图1 利用LNG冷能粉碎废旧橡胶工艺流程

由LNG储罐来的LNG（-162℃，0.6 MPa）经过换热器1，与冷媒二氟一氯甲烷（R22）进行换热，汽化后的LNG（25℃、0.55 MPa）进入城市天然气管网。经过换热器1冷却后的冷媒R22（-125℃、1.55 MPa）被输送至冷媒储罐，然后通过冷媒泵被送到换热器2，与经过压缩机压缩后的空气（62.7℃、0.14 MPa）进行换热，空气经过冷却，温度达到-115℃，然后被喷洒到粗胶粉上进行冷却。

2 工艺流程模拟

利用HYSYS软件对工艺流程进行模拟，见图2；LNG的组分见表1；工艺流程中各物流点参数的具体模拟结果见表2；各设备运行参数见表3。

图2 工艺流程HYSYS模拟

表1 LNG组成

表2 工艺流程中各物流点参数

表3 工艺流程中各设备运行参数

3 结果分析

需从两方面来评价废旧橡胶粉碎方法的优越性：一是节能降耗；二是粉碎效果[6]。常温直接切割粉碎法节能降耗效果显著，但粉碎效果达不到标准，获得的颗粒大小不能满足工业要求。液氮冷冻法和空气涡轮膨胀冷冻法，粉碎效果非常好，但能耗较高，表4为两种低温深冷粉碎法的经济性比较[7]。

表4 液氮冷却法和空气涡轮膨胀冷冻法的经济性比较

根据模拟结果，威海LNG汽化站利用LNG冷能粉碎废旧橡胶工艺，一期工程可以获得-115℃的冷空气3.18 t/h，冷空气携带的冷能约102.17 kW·h，相当于0.91 t液氮产生的冷能。按生产1 t精细胶粉需要1 t液氮的冷量来计算，则-115℃、3.18 t/h的冷空气可生产0.91 t/h精细胶粉。每年运行时间按照5 000 h来计算，可产0.46×104t精细胶粉，处理32万只废旧轮胎。

采用空气涡轮膨胀冷冻法来生产同规格的冷空气，制功率约为214.6 kW[8]，而LNG冷能粉碎废旧橡胶工艺中压缩机的功率为33.7 kW，与空气涡轮膨胀冷冻法相比可节省功率181 kW，1 a省电1.59×106kW·h，折算生产每吨胶粉降低能耗349.5 kW·h，节能效果显著。

4 结论

随着国内LNG产业的蓬勃发展，LNG汽化站数目逐年增长，目前LNG汽化站已超过100座，按文中的废旧橡胶处理规模，每年每座LNG汽化站可以处理32万只废旧轮胎，100座LNG汽化站就可以处理3 200万只，这个相当于国内半年产生的废旧轮胎量。因为卫星站不同于接收站，其分布范围较广，可以利用其冷能建设废旧橡胶低温深冷粉碎装置，就近粉碎当地的废旧轮胎，大大节约轮胎的运输成本。因此，利用LNG汽化站的冷能粉碎废旧橡胶不仅可以节约能源，提高LNG卫星站的经济效益，而且可以降低精细胶粉的生产成本，促进橡胶资源的循环利用，符合建设节约型社会的需要。

[1]廖志敏，杜晓春，陈 刚，等.LNG的研究和应用[J].天然气与石油，2005，23（3）：28-31.Liao Zhimin，Du Xiaochun，Chen Gang，et al.The Research and Application of LNG[J].Natural Gas and Oil，2005，23（3）：28-31.

[2]熊永强，华 贲，贾德民.利用液化天然气卫星站冷能的废旧橡胶低温粉碎装置[J].现代化工，2009，29（7）：59-62.Xiong Yongqiang，Hua Ben，Jia Demin.Cryogenic Crushing Device for Waste Rubber by Using Cold Energy in Liquefied Natural Gas（LNG） Staellite Station[J].Modern Chemical Engineering，2009，29（7）：59-62.

[3]熊永强，华 贲，李亚军，等.废旧橡胶低温粉碎中LNG冷能利用的集成分析[J].华南理工大学学报（自然科学版），2009，37（12）：58-63.Xiong Yongqiang，Hua Ben，Li Yajun，et al.Crushing of Integration Analysis Waste Rubber Cryogenic on LNG Cold Energy Utilization[J].Journal of South China University of Technology（Natural Science Edition），2009，（12）：58-63.

[4]陈叔平，谢振刚，陈光奇，等.基于液化天然气（LNG）冷量的废旧橡胶低温粉碎工艺流程[J].低温工程，2009，21（1）：46-48.ChenShuping，XieZhengang，Chen Guangqi，et al.TechnologicalProcessofWasteRubberCryogenicCrushingBased on Cold Energy of Liquefied Natural Gas （LNG）[J].Cryogenic Engineering,2009,21(1):46-48.

[5]邵铁民.LNG 冷能及其利用[J].油气储运，2007，26（11）：41-43.Shao Tiemin.LNG Cold Energy and Its Use[J].Oil and Gas Storage and Transportation，2007，26（11）：41-43.

[6]Bilgili E，Arastoopour H，Bernstein B.Pulverization of Rubber Granulates Using the Solid-state Shear Extrusion （SSSE）process：PartⅠ.Process Concepts and characteristics[J].Powder Technology，2001，30（3）：265-276.

[7]李 琳.废旧橡胶胶粉低温粉碎技术研究进展及趋势[J].再生资源与循环经济，2011，4（10）：38-41.Li lin.Research Progress and Trend of Cryogenic Comminution Technology for Waste Rubber Powder[J].Renewable Resources and Recycling Economy，2011，4（10）：38-41.

[8]李蒙沂，袁秀玲，田怀璋，等.用低温粉碎法生产精细胶粉技术的进展[J].低温与超导，2001，29（2）：26-29.Li Mengyi，Yuan Xiuling，Tian Huaizhang，et al.Fine Rubber Powder Production Technology by Using Low Temperature Crushing Method and its Progress[J].Cryogenics and Superconductivity，2001，29（2）：26-29.